电子动力转向系统的研究与设计开题报告.doc

电气与信息学院毕业设计（论文）开题报告题目名称：报告人：专业班级：指导教师：电子动力转向系统研究与设计自动化04411电子动力转向系统研究与设计开题报告一、课题的目的和意义为了减轻驾驶员转动方向盘的操作力，利用动力产生辅助主力的装置，称为转向助力机构。动力转向，是一种以驾驶员操作方向盘为输入信号，以转向轮的角位移为输出信号的伺服机构。动力部分跟手动操作，产生于转向阻力相平衡的辅助力，使车辆进行转向运动。与此同时，把部分输出反馈给驾驶员，使其获得适当的手感，构成所谓的双动伺服机构。随着高速公路的不断延伸与轿车的不断提高，传统的液压动力转向暴露出一个致命的弱点，即若要保证汽车在停车或低速掉头时转向轻便的话，那么当汽车在高速行驶就会感到有“发飘“的感觉；反之，若保证汽车在高速行驶时操作有适度感的话，那么当其要掉头或停车时就会有感到转向太重，两者不兼顾，这是由于传统的动力转向的结构决定的。现在，动力转向系统已成为一些轿车的标准设置，全世界约有一半的轿车采用动力转向。随着汽车电子技术的发展，目前一些轿车已经使用电动助力转向器，使汽车的经济性、动力性和机动性都有所提高。电动助力转向装置是汽车上一种新的助力转向系统装置,近年来在国内外发展迅速,由于它采用了可编程电子控制装置,在带来灵活性的同时也存在着安全隐患.在分析这种产品特殊性的基础上,笔者结合电子控制装置的特点,指出了事关安全性的因素,提出了处理安全性的措施,并讨论了几个事关安全性的具体问题.研究结果表明:现有标准不能够满足电动助力转向装置安全性的需要；并提出了对电动助力转向装置进行安全性测评的思想.研究工作对电动助力转向装置的开发以及评价具有参考意义.二、文献综述随着近年来电子控制技术的成熟和成本的降低,EPS越来越受到人们的重视,并以其具有传统动力转向系统不可比拟的优点,迅速迈向了应用领域,部分取代了液压动力转向系统(HydraulicPowerSteering,简称HPS)。电子控制技术在汽车动力转向系统中的应用,使汽车的驾驶性能达到令人满意的程度。电动助力转向系统(EPS)在汽车低速行驶转向时减轻转向力使转向轻便、灵活；在汽车高速行驶转向时,适当加重转向力,从而提高了高速行驶时的操纵稳定性,增强了“路感”。不仅如此,EPS的能耗是HPS能耗的1/3以下,且前者比后者使整车油耗下降可达3%5%,因而,EPS将成为汽车传统转向系统理想的升级换代产品。自1953年美国通用汽车公司在别克轿车上使用液压动力转向系统以来,HPS给汽车带来了巨大的变化,几十年来的技术革新使液压动力转向技术发展异常迅速,出现了电控式液压助力转向系统(ElectricHydraulicPowerSteering,简称EHPS)。1988年2月日本2铃木公司首先在其Cervo车上装备EPS,随后又应用在Alto汽车上；TRW公司继推出EHPS后也迅速推出了技术上比较成熟的带传动EPS和转向柱助力式EPS,并装配在FordFiesta和Mazda323F等车上,此后EPS技术便得到了飞速的发展。在国外,EPS已进入批量生产阶段,并成为汽车零部件的高新技术产品,而我国动力转向系统目前绝大部分采用机械转向或液压助力转向,EPS的研究开发目前还处于起步阶段,其产品、在2002年才有国内企业进行研制开发。目前,只有南摩股份有限公司能小批量生产用于汽车装配,在昌河公司产的爱迪尔轿车、南京菲亚特公司产的新雅途轿车上使用。三、研究（设计）内容和拟解决的关键问题3.1EPS系统电动助力式转向系统利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向,不同车的EPS结构部件尽管不一样,但其基本原理是一致的。图1为EPS系统控制框图。图1EPS系统控制框图当汽车处于直线行驶状态时,EPS便处于Standy状态,电动机停止工作,只有在汽车转向时,系统才实时的实现助力控制作用。因而,EPS可以很容易的实现在全速范围内的最佳助力控制,在低速行驶时保证汽车的转向灵活轻便,在高速行驶时保证汽车转向稳定可靠。EPS的主要部件包括扭矩传感器、车速传感器、电动机、电子控制单元、减速机构和电磁离合器,其工作原理如下:21311扭矩传感器、车速传感器EPS中扭矩传感器主要有:电阻式转向传感器、非接触式电感扭矩传感器和其他类型传感器,也有很多厂家采用在转向轴位置加一扭杆,通过测量扭杆的变形转化得到扭矩的大小和方向。电阻式转向传感器实际上是个滑动可变电阻器,其滑动触电固定在输出轴上,电阻线部分固定在输入轴上。当操作方向盘时,滑动触点在电阻线上的移动使得电位计的电阻值随之变化,最终近集成电路IC处理以变化电流的形式将方向盘信号送至ECU。电阻式传感器在早期EPS中应用较多,这种传感器价格低,但体3积大,易于磨损。随着非接触式扭矩传感器成本的降低,越来越多的厂商转而采用这种精度高、体积小且寿命长的新型传感器。图3所示为KOYO公司研制的非接触式EPS扭矩传感器原理图,改装置由安装在输入轴上的探测环1和探测环2,安装在输出轴上的另一个探测环1,探测线圈和补偿线圈组成。当方向盘转动时,扭杆受受转动力矩作用发生扭转,此时由于线圈是固定不动的,探测线圈与探测环之间的位置发生变化从而导致线圈磁阻改变,并最终反映了扭矩的变化。另外,还有如美国AllegroMicrosystems公司开发的磁环式霍尔速度传感器,它可以将转向盘的扭矩、转角、角速度大小及方向等信息转化为电信号输出。图2为非接触式扭矩传感器。图2非接触式扭矩传感器扭矩传感器测量值的参考范围为-12+12N·m,输出电压范围0+5V；车速传感器应用较多的有输出为脉冲信号或电压信号两种,输出电压值信号参考范围为0+5V,输出脉冲信号参考范围为,检测的车速范围可达1200Km/h21312电动机助力电动机是EPS系统的动力源,它根据ECU输出的控制指令,在不同的工况下输出不同的助力转矩,对整个EPS性能影响很大,因此需要具备良好的动态特性、调速特性和随动特性并易于控制,而且要求输出波动小、低转速大转矩、转动惯量小、尺寸小质量轻等,因此,常采用无刷式永磁直流电动机。为改善操纵感、降低噪音和减少振动,在电动机转子外表面开出斜槽或螺旋槽,而改变定子磁铁的中心处或端部厚度,将定子磁铁设计成不等厚等。三菱Minica的EPS电动机主要参考参数为:永磁式直流电机,额定电压DC12V,最大工作电流30A,额定转矩1N·m。TRW公司推出的带传动EPS在工作电压1315V下,最大工作电流为85A,齿条输出的最大功率为600W,齿条最大助力12500N；转向柱助力式EPS在其工作电压1315V下,最大工作电流为70A,齿条输出最大功率为470W,齿条最大助力7500N,最大助力转矩为55N·m。随着现代汽车技术的发展,汽车各部件越来越多的采用42V直流电源,因而,面向42V直流电的EPS也逐渐成为汽车技术研究热点之一。采用